望謨平洞滑坡發(fā)育特征及穩(wěn)定性分析*

鄭 冰，陳壽稀，2▲，廖德武，杜艷松，潘世佳，楊雲(yún)斌

(1貴州地礦基礎(chǔ)工程有限公司，貴州 貴陽 550081；2貴州省地礦局地球物理地球化學(xué)勘查院(貴州省地礦局109地質(zhì)大隊)，貴州 貴陽 550018)

0 引言

2008年6月12日，貴州省望謨縣平洞街道辦事處平洞村平洞組遭受百年不遇強降雨，雨量達200 mm以上，強降雨導(dǎo)致了望謨縣平洞街道辦事處平洞村平洞組后山北東側(cè)山坡出現(xiàn)了滑坡(以下稱平洞滑坡)[1]，滑坡坡體多處地段地面出現(xiàn)開裂、位移現(xiàn)象，每年汛期滑坡變形出現(xiàn)加劇跡象，滑坡一旦下滑，直接威脅滑坡體下方的平洞一組143戶465人的生命財產(chǎn)安全，間接威脅平洞二組48戶316人及平洞小學(xué)師生649人生命財產(chǎn)安全。

平洞滑坡為松散層沿基巖接觸面產(chǎn)生滑動形成的災(zāi)害，針對該類型開展相關(guān)研究工作的學(xué)者較多，如曾潤強等對蘭州市皋蘭山鐵三小滑坡進行研究，研究滑坡形成條件及穩(wěn)定性[2]，王蒙對舟曲縣東山鎮(zhèn)牙豁口滑坡進行研究，分析滑坡發(fā)育特征[3]，張佳佳等對瀾滄江昌都段滑坡開展相關(guān)工作，研究滑坡發(fā)育特征及形成機制[4]，李浩等對天水市麥積區(qū)稅灣地震黃土滑坡特征及其形成機制進行了研究[5]，葛莎等對重慶北碚區(qū)浸口滑坡開展相關(guān)工作研究形成機制和穩(wěn)定性分析[6]。綜上所述，針對滑坡發(fā)育特征及穩(wěn)定性研究學(xué)者較多且取得較豐富的研究成果。

基于此，本文以平洞滑坡為研究對象開展相關(guān)工作，研究平洞滑坡發(fā)育特征及穩(wěn)定性。

1 地質(zhì)環(huán)境背景

1.1 氣候水文

研究區(qū)為亞熱帶溫濕季風(fēng)氣候，多年平均氣溫為19℃，極端最低氣溫為-4.8℃，極端最高氣溫41.8℃；豐水季節(jié)在5～8月，枯水季節(jié)在12月至次年3月。多年月最大降雨量在6月份為251.9 mm，多年月最小降雨量在12月份為14.4 mm，多年月平均降雨量188.98 mm。

圖1 多年月平均降雨量資料圖Fig.1 Multi-year monthly mean rainfall

1.2 地形地貌

研究區(qū)屬剝蝕—侵蝕性山谷、斜坡組合地貌，組合類型為中、淺切脊狀山溝谷，災(zāi)害區(qū)域為斜坡；總體地勢為東高、西低，東部為中高山，西部為河谷平地，區(qū)內(nèi)最高點位于災(zāi)害區(qū)東部坡頂681.88 m，最低點位于工作區(qū)南西部河谷，約545.00 m，相對高差一般在50～136 m，最大達136 m。

1.3 地層巖性

圖2 坡體第四系物質(zhì)組成Fig.2 Quaternary material composition of the slope body

(2)三疊系新苑組(T2x)：分布于陡坡地帶，巖性為泥巖，灰色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄-中厚層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖質(zhì)較弱，巖體破碎，分布厚度約50～300 m。根據(jù)鉆探揭露強風(fēng)化泥巖巖心多呈塊狀、粉末狀，少量呈扁柱狀；中風(fēng)化泥巖：灰至深灰色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄至中厚層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，呈樹枝狀，無充填，巖心多呈柱狀、短柱狀、少量呈塊狀。

圖3 鉆探巖芯Fig.3 Drilling core

1.4 地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)所在區(qū)域大地構(gòu)造位置處于望謨北西向構(gòu)造變形區(qū)，屬擠壓型的南北向構(gòu)造，滑坡區(qū)位于平洞復(fù)背斜構(gòu)造南部，受區(qū)域構(gòu)造影響，地層產(chǎn)狀略有變化，總體上巖體呈單斜產(chǎn)出，巖層產(chǎn)狀187°∠40°，場區(qū)發(fā)育2組節(jié)理，J1：299°∠47°延伸8～10 m，張開3 mm左右，基巖碎屑充填，節(jié)理面平直光滑，結(jié)合較差，0.5～1條/m；J2：176°∠28°延伸1～3 m，張開3 mm左右，基巖碎屑充填，節(jié)理面平直光滑，結(jié)合較差，1～2條/m?；聟^(qū)受地質(zhì)構(gòu)造作用影響，巖體破碎。

據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306-2015)的資料滑坡區(qū)內(nèi)地震動峰值加速度0.15g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.35 s，相應(yīng)地震基本烈度為Ⅶ度。

圖4 研究區(qū)構(gòu)造分布圖Fig.4 Structural distribution map of the study area

2 滑坡發(fā)育特征

2.1 滑坡平面形態(tài)及規(guī)模

結(jié)合斜坡區(qū)的微地貌特征、坡體變形特征、運動趨勢等最終確定不穩(wěn)定斜坡的邊界條件，滑坡前緣為斜坡中部緩坡平臺為界；后緣為裂縫之上的陡坡，局部見基巖出露；右側(cè)為山脊；左側(cè)為沖溝，且左側(cè)下部及下部沖溝均有基巖出露。變形主要分布在滑坡后緣，于后緣呈階梯狀分布，一共2條，均為拉張裂縫，形成時間開始為2008年，2015年4月出現(xiàn)加劇跡象，其中地裂縫1(LF1.1)變形較嚴重。據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)表明：2015年3月至2015年5月，裂縫錯距由最初的2 cm增加到10 cm，其中雨天裂縫發(fā)展變化較大。

表1 平洞滑坡邊界特征表Tab.1 Boundary characteristics of Pingdong landslide

表2 地裂縫特征統(tǒng)計表Tab.2 Statistics of ground fissure characteristics

滑坡整體平面形態(tài)大致為“扇”形，前緣寬、后緣窄，主滑方向為339°，自然坡度35°～44°，滑坡的滑體覆蓋層主要為殘坡積層含碎石粘土，平均厚度3.5 m，潛在滑體體積約3.23×104m3，規(guī)模為小型淺層土質(zhì)滑坡，斜坡后緣產(chǎn)生裂縫，前緣出現(xiàn)隆起，且前部地勢相對較緩，滑坡方式為推移式滑坡。

圖5 平洞滑坡平面圖Fig.5 Plan of Pingdong landslide

2.2 滑體結(jié)構(gòu)特征

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)測繪、鉆探等資料揭露，滑體物質(zhì)為第四系含碎石粘土，研究區(qū)大部分地帶均有分布，厚度分布極不均勻，總體厚0.2～5.8 m，從縱向上看，滑體前緣、中部較厚，最厚達5.8 m，一般厚1.90 m；滑體后部相對較薄，厚度0.1～1.7m，呈可塑狀，含碎石30%左右，碎石一般粒徑為20～80 mm，成分泥巖為主。從橫向上看，該斜坡北東側(cè)較薄，厚度約0.1～1.9 m，南西側(cè)相對較厚1.2～5.8 m，東側(cè)下部沖溝有基巖出露，西側(cè)為山脊?；w結(jié)構(gòu)平均厚度3.5 m。

2.3 滑動帶(面)特征

該滑坡滑帶沿巖層層面發(fā)育，該斜坡滑帶為三疊系中統(tǒng)新苑組(T2x)泥巖強風(fēng)化層與殘坡積層接觸面，為粘土，呈可塑狀，含水量較上部碎石粘土較大，分布不均勻，約0.2～0.4 m，其物理力學(xué)性質(zhì)差，遇水易軟化。

2.4 滑床結(jié)構(gòu)特征

滑床是滑動面以下部分未滑動的巖土體，原生結(jié)構(gòu)未發(fā)生破壞[7]，滑床為三疊系中統(tǒng)新苑組(T2x)泥巖，為軟質(zhì)巖類。巖層產(chǎn)狀187°∠40°，巖體較破碎，強度低，透水性極弱，遇水易崩解風(fēng)化。

綜合上述特征分析，當(dāng)雨水沿松散孔隙入滲至巖土接觸面時，接觸面粘土軟化導(dǎo)致滑體產(chǎn)生滑動可能。

3 滑坡穩(wěn)定性評價

滑坡穩(wěn)定分析方法分為定量分析方法和半定量分析方法[8]，本文針對滑坡特征采用定性分析與定量評價相結(jié)合的方法。

3.1 定性分析

滑坡所處斜坡地形坡度較陡，坡度35°～44°，滑體主要為風(fēng)化后形成的碎石粘土，本身物質(zhì)結(jié)構(gòu)較為松散。2008年滑坡區(qū)域遭受百年一遇暴雨，誘發(fā)了滑坡，在每年雨季降雨沿碎石粘土孔隙管道下滲，滑坡體下伏基巖巖性為泥巖，透水性極弱，為相對隔水層，地下水沿松散體下滲至巖土接觸面進行流動，這樣一方面降低土巖接觸抗剪強度，另一方面水流動帶走碎石土內(nèi)粘土，加大了接觸帶土體空隙度，降低了上覆土體的不穩(wěn)定性，滑坡裂縫有加劇變形的跡象，滑坡有沿巖土接觸面滑動條件。

結(jié)合現(xiàn)場實測巖層產(chǎn)狀、斜坡臨空面產(chǎn)狀、巖體節(jié)理裂隙產(chǎn)狀情況，采用赤平投影進行定性分析，根據(jù)赤平投影分析圖可知：1)巖層產(chǎn)狀傾角與斜坡坡面產(chǎn)狀傾角方向反向，斜坡不會沿巖層層面產(chǎn)生順向滑動，斜坡沿巖層面趨于穩(wěn)定狀態(tài)；2)斜坡面產(chǎn)狀傾角方向與節(jié)理J1產(chǎn)狀傾角方向近于同向，斜坡傾角小于節(jié)理面傾角，斜坡趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖6 斜坡赤平投影分析圖Fig.6 Stereogram of the slope

3.2 定量評價

3.2.1 計算公式選取

根據(jù)滑坡特征，滑坡沿層面滑動，滑動類型為折線型，按《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》GB50330-2013附錄A.0.3條規(guī)定，用折線滑動法進行穩(wěn)定性評價，計算公式如下：

Pn=0

(1)

Pi=Pi-1ψi-1+Ti-Ri/Fs

(2)

ψi-1=cos(θi-1-θi)-sin(θi-1-θi)tanφi/Fs

(3)

Ti=(Gi+Gbi)sinθi+Qicosθi

(4)

Ri=cili+[(Gi+Gbi)cosθi-Qisinθi-Ui]tanφi

(5)

式中：Pn—第n條塊單位寬度剩余下滑力(kN/m)；Pi—第i計算條塊與第i+1計算條塊單位寬度剩余下滑力(kN/m)，當(dāng)Pi<0(i

3.2.2 計算工況確定

根據(jù)滑坡可能遭遇最不利情況，滑坡區(qū)荷載主要為斜坡自重，滑坡治理設(shè)計中暴雨重現(xiàn)期按50年計，按50年進行校核。

工況1：自重+地表荷載(設(shè)防安全系數(shù)取1.25)；

工況2：自重+地表荷載+20年一遇暴雨工況(設(shè)防安全系數(shù)取1.15)；

工況3：自重+地表荷載+50年一遇暴雨工況(設(shè)防安全系數(shù)取1.05)；

工況4：自重+地表荷載+50年一遇地震工況(設(shè)防安全系數(shù)取1.05)。

3.2.3 計算參數(shù)選取

根據(jù)室內(nèi)試驗成果、工程地質(zhì)類比和反演取得的參數(shù)，考慮各種試驗條件及方法的局限性，滑坡穩(wěn)定性計算時根據(jù)試驗值、反演參數(shù)值和地區(qū)經(jīng)驗值進行綜合取值。

表3 滑帶土參數(shù)取值Tab.3 Parameters of slide zone soil

3.2.4 計算模型選取

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查地質(zhì)資料，結(jié)合滑坡發(fā)育特征，滑坡推力最大是在主滑方向，選取主滑方向2-2’工程地質(zhì)剖面采用極限平衡理論計算滑坡穩(wěn)定性系數(shù)。

圖7 穩(wěn)定性計算模型Fig.7 Stability calculation model

3.2.5 計算結(jié)果

本次對滑坡整體穩(wěn)定性進行計算分析，其結(jié)果與滑坡實際情況基本吻合。評價依據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》中的評價標準如表2。

表4 滑坡穩(wěn)定狀態(tài)劃分標準Tab.4 Classification standard of landslide stability state

通過對滑坡計算(表5)分析，可得出以下結(jié)論：

(1)工況1：自重+地表荷載：滑坡整體穩(wěn)定系數(shù)為1.14，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，與實際情況一致。

(2)工況2：自重+地表荷載+20年一遇暴雨工況：滑坡穩(wěn)定系數(shù)為1.01處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，與實際情況一致。

(3)工況3：自重+地表荷載+50年一遇暴雨工況：滑坡穩(wěn)定系數(shù)為0.92處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，與實際情況一致。

(4)工況4：自重+地表荷載+50年一遇地震工況：滑坡穩(wěn)定系數(shù)為0.88處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，與實際情況一致。

由上述分析可知，本次對滑坡整體穩(wěn)定性進行的計算分析，其結(jié)果與滑坡實際情況吻合。說明在不同工況條件暴雨雨對滑坡穩(wěn)定性影響較大。

表5 各種工況下的穩(wěn)定性計算成果Tab.5 Stability calculation results under various conditions

4 結(jié)論

1)平洞滑坡是在特殊的氣候水文、地形地貌、地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造等地理環(huán)境條件下孕育形成的土質(zhì)滑坡。

2)通過對平洞滑坡的平面形態(tài)、變形、規(guī)模、滑體組成、滑帶和滑床特征綜合分析，認為松散土體下覆基巖為隔水層時，地表水沿松散土體孔隙下滲至巖土接觸面起到潤滑軟化作用，導(dǎo)致松散土體沿軟化層產(chǎn)生滑動形成滑坡。

3)通過定性分析，認為斜坡不會沿巖層層面以及節(jié)理面產(chǎn)生滑動；采用極限平衡法計算滑坡穩(wěn)定性系數(shù)，得知在自然工況滑坡處于基本穩(wěn)定，在暴雨及地震工況滑坡處于欠穩(wěn)定～不穩(wěn)定狀態(tài)；可知暴雨對斜坡穩(wěn)定性影響較大，在雨季加強對滑坡的預(yù)防措施。